informe de sifon calculos.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTA FACULTAD D DE INGENIERÍA ING ENIERÍA QUÍMICA QUÍMI CA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA Universidad Innovadora, Un Ingeniero Químico QUIMICA Científica y Humanista. Ambiental, Una Empresa.

FEN-MENO DE CAVITACIN /In0#$12 32 La4#$a"#$5#6 CÁTEDRA: PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE FLUIDOS CATEDRÁTICO: Ing. Ms. GUEVARA GUEVARA YANQUI YANQUI Pascua V!c"#$  V !c"#$  REALI%ADO POR: LAURA &UAMANI EST&EFANI SEMESTRE

: VI : VI FEC&A: '()'*)*+', &UANCAYO)PERÚ

INTRODUCCION La ingeniería hidráulica se auxilia de los sifones para transportar agua por encima de una elevación o colina. Los sifones pueden ser tan diminutos como podamos imaginar  hasta verdaderas obras ingenieriles, ingenieriles, siempre que en el caso del agua la altura entre la fuente y la parte más elevada del sifón no supere los diez metros, porque la presión atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua a esa altura. Los cono conoci cimi mien ento toss de inge ingeni nier ería ía obte obteni nido doss en nues nuestr tra a form formac ació ión, n, exig exige e una una la comprensión del funcionamiento funcionamiento de los sifones para la eecución en obras de sistemas sanitarios, la topografía del ambiente, etc. !n la actualidad el uso del sifón para el campo de la ingeniería ha ido incrementando considerablemente debido al bao costo que este puede presentar en la operación de trasvasar un fluido de un nivel superior a otro inferior. !ste proceso está inmerso de la utilización de energía eléctrica por lo que habría un gran ahorro en las industrias que realizan con frecuencia la operación mencionada. !l sifón es un tubo con forma de " invertida en el que fluye un líquido subiendo en su primera mitad, impulsado por una fuerza exterior, y baando en la otra, y funciona siempre que el punto de entrada esté por encima del de salida# es decir, tiene que haber un cierto desnivel entre los puntos inicial y final que permita compensar el rozamiento$ este es el principio de los vasos comunicantes. %i el tubo está inicialmente lleno, el líquido comienza a fluir. !l movimiento del líquido se describe por la ecuación de &ernoulli.

RESUMEN !n este laboratorio se tiene como obetivos determinar el caudal, la velocidad máxima, la presión del fluido, aprender los conceptos básicos de los sifones y su funcionamiento. !l sifón es una estructura hidráulica que se utiliza para trasvasar un líquido en 'anales a través de obstáculos tales como un rio, una depresión del terreno u otro canal. (ara el funcionamiento del sifón en primer lugar armamos el módulo, después abrimos la llave de alimentación de agua que se transfiere de un nivel superior a uno inferior  luego anotamos los caudales a las diferentes alturas y la altura a la que se realiza la cavitación, además teniendo en cuenta las alturas del cilindro, podemos determinar la presión en puntos diferentes Los fluidos eercen presión sobre cualquier superficie con la que entra en contacto debido a que las moléculas están en constante movimiento, en el caso de nuestro experimento medimos el tiempo, volumen a una altura determina para hallar un caudal experimental para luego compararlo con el teórico luego buscamos una altura máxima a la cual la acción del sifón no se realiza que fue de )*+.* cm. 'on los datos obtenidos hallamos las respectivas presiones

&-!/0%

&-!/0 1!2!34L  !xplicar el fenómeno de cavitación en un sifón.

&-!/0% !%(!'56/'%   4plicar la !'"4'/2 7! &!32"LL/ en el sifón.  7eterminar experimentalmente la altura máxima de un sifón antes que se

produzca cavitación.  7eterminar la velocidad de salida del fluido.  7eterminar del caudal del fluido

843' !93/'

(.'. DEFINICI-N DE UN SIFON "n sifón está formado por un tubo, en forma de :": invertida, con uno de sus extremos sumergidos en un líquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo. (ara que el sifón funcione debe estar lleno de líquido, ya que el peso del líquido en la rama del desag;e es la fuerza que eleva el fluido en la otra rama. !structura hidráulica que permite conducir un líquido desde una altura más alto hasta un punto más bao$ pero atravesando puntos más altos que los del nivel de entrada.

!n

la

6igura

anterior

se observa

una

tubería que

une dos

estanques,

en este

sistema

hidráulico se le denomina sifón donde < es la carga. La línea de gradiente está representada aproximadamente por la línea recta que une las superficies libres de los estanques =en realidad la línea de gradiente no es recta, pues la tubería no lo es>. odo el tramo de la tubería que está sobre la línea de gradiente tiene presión negativa. !n los puntos de intersección entre la línea de gradiente y la tubería la presión es cero. 7ebe tenerse presente que hablamos de presiones relativas. (or lo tanto ?presión cero@ significa ?presión atmosférica@ y ?presión negativa@ significa ?presión menor que la atmosférica@.

!n el tramo de tubería en el que la presión es menor que la atmosférica se libera al aire contenido en el agua y si la velocidad no es suficientemente grande el aire queda retenido en la parte superior de la tubería impidiendo la normal circulación del agua. %i la presión disminuye mucho aparece vapor de agua y el problema se agrava. (or lo tanto un sifón debe diseAarse de modo que la presión esté siempre por encima de la correspondiente a la formación de vapor a la temperatura del agua. !l máximo valor de z =altura máxima> depende del valor que se admite para la presión absoluta en '. 4 fin de evitar la discontinuidad en el escurrimiento por desprendimiento de vapor, esta presión no debe ser inferior a la de vaporización del fluido a la temperatura de operación del sistema. !n ' se debe tener un valor de la velocidad que sea lo suficientemente alto como para arrastrar las burbuas de aire. %e debe procurar que en el tramo ascendente de la tubería las pérdidas de carga sean mínimas.

(.*. TIPOS DE SIFONES Los principales tipos de sifones son los que se indican a continuación.

a RAMAS O7LICUAS

4 PO%O VERTICAL

c RAMAS VERTICALES 3 CON CAMARAS DE LIMPIE%A

T58# a.) %e emplea para cruces de obstáculos para lo que se cuenta con suficiente desarrollo, y en terrenos que no presentan grandes dificultades de eecución.

T58#s 4 9 c.) 'on una o dos ramas verticales son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas. %us características de fácil limpieza y reducido espacio, los hacen muy aconseables. T58# 3.B 'on cámaras de limpieza, tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas =metros>.

(.(.) DIAMETRO MINIMOS 'onsiderando que para tuberías de menor dimensión es mayor la posibilidad de obstrucción, es recomendable que el diámetro mínimo del sifón tenga un valor similar  al fiado para los colectores, esto es, )CD mm =E:>. (or tanto se recomienda un diámetro de )CD mm como diámetro mínimo.

(..) CAVITACI-N !s un fenómeno que ocurre cuando la presión absoluta dentro del conducto se reduce hasta alcanzar la presión de vapor del líquido y se forman burbuas de vapor. !n un sistema hidráulico debe evitarse la aparición de cavitación por las siguientes razones# a> La cavitación significa una discontinuidad en el escurrimiento y por lo tanto una reducción de la eficiencia de conducción. b> La cavitación significa inestabilidad en el escurrimiento y puede dar lugar a ruido o vibraciones. c> La ruptura de las burbuas produce tensiones muy fuertes que pueden conducir  a la falla estructural de la tubería.

(.,. PRESION DE VAPOR

(resión de vapor es la eercida por el vapor de un líquido cuando se encuentra en equilibrio de fase. (3!%/92 f. =lat. pressio>. 4cción y efecto de apretar o comprimir. 04(3 m. =lat. vapor> 1as debido a la vaporización de un líquido o, a veces, de un sólido. !l intercambio de moléculas entre las fases líquida y gaseosa origina presión por  acción y por reacción. La molécula que sale se impulsa y aumenta la presión$ la molécula que llega choca y aumenta la presión, el nFmero de moléculas intercambiadas es estable para cada temperatura, la presión del vapor en el equilibrio de fase es Fnica y se conoce como presión de vapor. La presión de vapor es medida en unidades estándar de presión. !l %istema /nternacional de "nidades =%/> reconoce a la presión como una unidad derivada de la fuerza eercida a través de un área determinada, a esta unidad se le conoce por el nombre de (ascal =(a>. "n pascal es equivalente a un neGton por metro cuadrado =2HmBI ó JgHmB)HsBI>. La medición experimental de la presión de vapor es un procedimiento simple para presiones similares que estén entre ) y IDD J(a. 3esultados más exactos son obtenidos cerca del punto de ebullición de cada sustancia en particular y con índice de error más significativo en mediciones menores a ) J(a. 'on frecuencia, algunos procedimientos consisten en purificar las sustancias que son analizadas, aislando la sustancia deseada en un contenedor, evitando cualquier gas indeseado y midiendo la presión de equilibrio de la fase gaseosa de la sustancia en el sistema cerrado a distintas temperaturas. !l uso de herramientas como un isoteniscopio genera una mayor exactitud en el proceso.

emperatura =K'>

(resión de 0apor =(a>

D

C.*

C

I.C

)D

))+E.M

ID

IMM+.*

MD

+MDD.)

ED

)NEDC.+

D

MEMM+.D

(.;. GASTO O CAUDAL: !l 0olumen de fluido que pasa por un área transversal perpendicular a la sección recta de tubería en la unidad de tiempo se llama gasto o caudal, y lo designamos con la letra O. Las unidades dependen del sistema usado. %istema /nglés#

%istema 8étrico#

(.. 8edir la altura del nivel inferior hacia el nivel superior del agua. 8edir el volumen en un cierto tiempo de bombeo para hallar el caudal. 0erificar la altura adecuada para que la acción del sifón no se realice. ome gQ)DmRs I.  omar las lecturas de las alturas del depósito superior lleno de agua, y el         

tiempo de vaciado del depósito, teniendo en cuenta una línea de referencia.  3epetir todas las observaciones y mediciones.

B

V.C.

A

C

CÁLCULOS Y RESULTADOS CONSIDERACIONES: •

6luo estable.

•

6luo incompresible.

•

6luo a lo largo de una línea corriente.

•

!l depósito es grande comparando con el tubo.

DATOS EBPERIMENTALES: CORRIDAS ) I * M C E +  N )D

&s /16 I.C * *.C M M.C C C.C E E.C E.

VOLUMEN /1L6 )DD )DD )DD )DD )DD )DD )DD )DD )DD )DD

7ALANCE DE MASA:

∬ ρ ( ´v . n´ ) dA + ∂t ∂ ∭ ρdV = 0 sc

T2n21#s u2:

vc

∂ ∂t 

∭ ρdV =0 vc

v ∗n  ρ (¿) dA =0 ⃗

⃗

∬¿  ρB ( v B )  A B + ρ A (−v A ) A  A= 0  ρB ( v B )  A B= ρ A ( v A )  A A

7ALANCE DE ENERGÍA:

TIEMPO /s6 *D.*C **.+ *C.) M*.) CM.E E+.* I.E )DD.C ))).I )ID.C

CAUDAL /1Ls6 *.INM I.NE+ I.MN I.*I ).*) ).MCN ).I) D.NNC D.NN D.IN

CAUDAL /1( s6 *.INM x)D BE I.NE+ x)D BE I.MN x)D BE I.*I x)D BE ).*) x)D BE ).MCN x)D BE ).I) x)D BE D.NNC x)D BE D.NN x)D BE D.IN x)D BE

v∗n δ W u  P ∂ ( e + ) ρ (¿) dA + eρdV  +  ρ ∂t  δt  δ δ W s − = ¿ δt  δt  ⃗

⃗

∭

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